一种基于超声相控阵技术的锻件典型缺陷识别方法

摘要

一种基于超声相控阵系统的锻件缺陷类型识别方法，属无损检测领域。其特征在于：进行缺陷识别的硬件平台包括计算机（1）、超声相控阵系统（2）、线性阵列传感器（3）。具体方法为利用超声相控阵系统激励/接收超声波信号，线性阵列传感器发送和接收超声波信号，由计算机采集检测A扫信号和扇扫图形。观察缺陷回波形状，计算缺陷回波频谱特征信息，观察缺陷扇扫图形轮廓形状进行缺陷类型确定。本发明提供了一种锻件内部缺陷类型的识别方法，解决了常规超声探伤方法检测效率低，无法准确确定缺陷类型且检测对于工程人员的专业经验有很高依赖性的问题。

主权项

1.一种基于超声相控阵技术的锻件典型缺陷识别方法，其特征在于：具体识别步骤如下：步骤一：超声相控阵系统参数设置；相控阵系统中超声波激励/接收模块频率设置，频率设置由使用的传感器频率确定，对于锻件检测使用中心频率为5MHz的传感器。时基范围设置，时基范围长度要求A扫波形能够显示出完整的底波图形；超声波信号波速设置，波速由待测试件的自身材料属性决定，由公式1确定。$v=\frac{2L}{t}---\left(1\right)$式中，L为待测试件长度；t为超声波在待测试件内传播的时间；v为超声波在检测试件内的传播速度；相控阵系统中采集模块进行扇扫图形角度范围设置，角度范围要求能够完整的显示出缺陷的轮廓，设置为-40°到40°；步骤二：实施检测；首先确定检测表面，使用传感器进行粗略扫查确定缺陷位置；粗略扫查指对整个检测表面进行检测，确定可能存在缺陷的位置；再使用传感器进行精检测，精检测指把探头固定在检测位置，不移动，相控阵采集模块采集检测到的A扫波形和扇扫图；步骤三：信号频谱分析；定义采集到的A扫波形数据为x(t)，由x(t)傅里叶变换得到频谱信号X(f)。傅里叶变化如公式2所示。$X\left(f\right)={\int }_{-\infty }^{\infty }x\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\pi ft}}\mathrm{dt}---\left(2\right)$式中，x(t)为采集的原始信号；X(f)为频谱信号；f为原始信号频率；-j为复数虚部。提取缺陷回波频谱信号，进行归一化处理，归一化处理指把数据幅值按百分比缩小到(0,1)范围内；步骤四：确定缺陷类型；（1）确定缺陷回波形状；裂纹类缺陷回波波形呈单峰状；疏松类缺陷回波呈草丛状；（2）分析缺陷回波频谱图。裂纹类缺陷频谱波形如“凹”字形，且中心频率的幅值符合公式3。$L<\frac{H1+H2}{2}---\left(3\right)$式中，L为中心频率的幅值；H1为0到中心频率内幅值最大值；H2为中心频率到2倍中心频率范围内的幅值最大值；疏松类缺陷频谱图波形如“锯齿”状，0到2倍中心频率范围内，每个频率间隔(1MHz)至少存在一个波峰，如公式4所述；$\frac{N}{2f}\ge 1---\left(4\right)$式中，N为波峰个数；f为中心频率；（3）确定扇扫图形种类；裂纹类缺陷图形面积呈条形分布；疏松类缺陷图形面积呈点状分布；裂纹类缺陷特征综述为：A扫缺陷波形呈单峰形状；缺陷频谱图形如“凹”字形且中心频率幅值符合公式3；扇扫图形缺陷面积分布呈条形；疏松类缺陷特征综述为：A扫缺陷波形呈草丛形状；缺陷频谱图形如“锯齿”状，0到2倍中心频率范围内，每个频率间隔(1MHz)至少存在一个波峰；扇扫图形缺陷面积分布呈点状分布；步骤五：解剖验证缺陷类型已知探头的检测位置进行画线标记，使用线切割技术对待测试件进行解剖，对解剖的缺陷位置进行低倍分析，验证缺陷类型。